ELEMENTOS DEL PROBLEMA DE
CONTAMINACION ATMOSFERICA
La atmósfera
Fuentes de
emisión
Control
Meterología
Calidad del aire
Control
Legislación ambiental
Receptores
Control
ESTABLECIMIENTO DEL GRADO
DE CONTROL REQUERIDO
Niveles de
calidad del aire
Criterios de
calidad del aire
Metas
Normas de calidad
del aire
Normas de emisión
Estudios toxicológicos y
epidemiológicos
Criterios de
calidad del aire
Tecnología disponible
para el control de la
contaminación
Normas de calidad del aire
Monitoreo de la
calidad del aire
Normas de
emisión
Aspectos
socioeconómicos
Elementos que conforman los criterios y normas de calidad del aire y las normas de emisión
PRINCIPALES CONTAMINANTES DEL AIRE
Partículas
Humos y Polvos con
0.005 µm < Diámetro < 500 µm
PM10 Partículas suspendidas menor de 10 µm o partículas respirables
PM2.5 Partículas suspendidas menor de 2.5 µm o partículas respirables
PST Partículas suspendidas totales
Gases
Compuestos de azufre: SO2, SO3, H2S, Mercaptanos
Compuestos de nitrógeno: NO, NO2 (NOx), NH3, N2O
Compuestos de carbono: CO, CO2, CxHy
Compuestos halogenados: HCL, HF
Otros: O2, PAN
1 µm = 10-6 m.
Clasificación de las partículas de acuerdo a su tamaño
Categoría
Partículas suspendidas totales (PST)
Partículas respirables (PM10)
Partículas respirables gruesas
Tamaño (µm)
< 100
< 10
10 - 2.5
Partículas respirables finas (PM2.5)
< 2.5
Partículas ultra finas (PUF)
< 0.1
Concentración µg/m3
Concentraciones de PM10 en
algunas ciudades de América
Población en millones, año 2000
Retención de partículas en el aparato respiratorio
Eficiencia de retención %
Conducto nasofaríngeo
60
40
Pulmón
20
1
2
3
4
Diámetro, µm
5
FUENTES DE EMISION
• NATURALES
Erupciones volcánicas:
Arrastre eólico:
Descomposición de materia orgánica:
Espriado marino:
Incendios forestales:
SO2, H2S, Partículas
Partículas
CH4, H2S, NH3,
Partículas
CO, Partículas
• ANTROPOGENICAS
Transportación:
Procesos industriales
Generación de energía eléctrica:
Quema de comb. en industria y comercios:
Actividades agrícolas:
Extracción de recursos:
CO, CO2, NOx, HC
CO, NOx, SO2, H2S, Partículas
CO2, NOx, SO2, Partículas
CO, NOx, SO2, Partículas
CO, NO, Partículas
Partículas, HC, H2S
INDICE DE CALIDAD DEL AIRE
Constituye una herramienta administrativa
para proporcionar información de calidad del
aire a la población.
Normas de calidad del aire
Mediciones de
calidad del aire
Función de transformación
Indice de
calidad ambiental
Función de transformación
Pollutant Standard Index
(Índice de Polución Estandar)
El PSI fue desarrollado por la agencia Norteamericana de Protección
Ambiental, EPA, incorporando cinco contaminantes criterio, a saber:
Partículas suspendidas
O3
Una función linealmente segmentada está constituida por
SO2
segmentos de línea recta en donde los puntos de quiebre
NO2
de cada segmento se obtienen tomando en consideración
CO
la norma y los criterios de calidad del aire
Para cada uno de estos contaminantes se calcula un subíndice I, utilizando
funciones linealmente segmentadas que transforman sus concentraciones a
una escala entre 0 y 500 unidades.
IPartículas suspendidas
IO3
ISO2
INO2
ICO
Función linealmente segmentada correspondiente a monóxido de carbono
utilizada por el PSI
(1)
Escala y clasificación del PSI
PSI
Categoría
0 – 50
Buena
51 - 100
Moderada
101 - 200
Dañina a la salud
201 - 300
Muy Dañina a la salud
301 - 500
Peligrosa
Función linealmente segmentada
(2)
Puntos de quiebre del PSI
Categoría
Buena
Moderada
Dañina a la salud
Muy dañina a la
salud
Valor del índice
0 - 50
51 – 100
101 - 200
201 – 300
Contaminante
Peligrosa
301 - 400
401 – 500
Concentraciones
CO 8-h (ppm)
0 - 4.5
4.5 - 91
9 - 15
15 – 30
30 – 40
40 – 50
NO2 1-h (ppm)
--
--
--
0.6 - 1.2
1.2 - 1.6
1.6 - 2.0
O3 1-h (ppm)
0 - 0.06
0.06 - 0.121
0.12 - 0.20
0.20 - 0.40
0.40 - 0.50
0.50 - 0.60
PM10 24-h (µg/m3)
0 - 50
50 – 1501
150 - 350
350 – 420
420 - 500
500 - 600
SO2 24-h (ppm)
0 - 0.03
0.03 - 0.141
0.14 - .030
0.30 - 0.60
0.60 - 0.80
0.80 - 1.0
INDICE METROPOLITANO
DE CALIDAD DEL AIRE
Normas mexicanas de calidad del aire
CO
NOx
SO2
O3
Partículas (PS)
Max { ICO, INOx, ISO2, Io3, Ips }
IMECA
Ejemplo
Obtenga el valor del PSI cuando se presentan las siguientes
concentraciones de ozono, partículas suspendidas y monóxido
de carbono:
O3 :
PM10 :
CO:
0.077 ppm durante 1 hora
54.4 µg/m3 durante 24 horas
8.4 ppm durante 8 horas
Obtención de emisiones
Dada una fuente de contaminación, resulta esencial poder evaluar la
cantidad de material emanado en términos de lo que se denomina la
emisión, es decir, la cantidad de masa por unidad de tiempo liberada a
la atmósfera.
La emisión puede evaluarse mediante cualquiera de los siguientes tres
procedimientos:
Medición directa
Balance de masa
Empleo de factores de emisión
Factor de emisión
Un factor de emisión es una cantidad que expresa el monto
de material liberado durante un proceso en función de
actividades fácilmente cuantificables asociadas a la emisión
del contaminante.
Estas actividades pueden ser el consumo de un combustible
o materia prima asociado al proceso de contaminación, el
movimiento de un vehículo, la producción industrial, etc.
Para ejemplificar lo anterior la tabla siguiente es una porción
de la tabla 1.3.1 tomada de la AP- 42 de la EPA
(http://www.epa.gov/ttnchie1/ap42/), que proporciona factores
de emisión para la quema de combustóleo en fuentes de
combustión externas, es decir en plantas termoeléctricas,
calderas industriales y unidades de combustión domésticas e
industriales.
Factores de emisión para la combustión de combustóleo en calderas con
capacidad superior a los 100 millones de BTU/h.
SO2b
Configuración de los quemadores (CCF)a
FE
Lb / 103
gal
Alimentación normal con aceite No 6. (1-01004-01),
(1-02-004-01),(1-03-004-01)
Alimentación normal con aceite No 6.
Quemador de bajo NOx (1-01-004-01),
(1-02-004-01)
Alimentación tangencial con aceite No 6. (101-004-04)
Alimentación tangencial con aceite No 6.
Quemador de bajo NOx (1-01-004-04)
Alimentación normal con aceite No 5. (1-01004-05),
(1-02-004-04)
Alimentación tangencial con aceite No 5. (101-004-04)
Alimentación normal con aceite No 4. (1-01004-04),
(1-02-004-04)
Alimentación tangencial con aceite No 4. (101-005-05)
Alimentación con aceite
No 2. (1-01-005-01),
(1-02-005-01),(1-03-005-01)
Alimentación con aceite
No 2. LNB/FGR.
(1-01-005-01),
(1-02-005-01),(1-03-005-01)
a
b
c
d
SO3c
Calif.
FE
Lb / 103 gal
NOxd
Calif.
FE
Lb / 103 gal
47
Partículas
filtrablesf
Coe
Calif.
B
FE
Lb / 103 gal
5
Calif.
A
FE
Lb / 103
gal
Calif
.
175S
A
5.7S
C
9.19(S)+3.22 A
175S
A
5.7S
C
40
B
5
A
9.19(S)+3.22 A
175S
A
5.7S
C
32
B
5
A
9.19(S)+3.22 A
175S
A
5.7S
C
26
E
5
A
9.19(S)+3.22 A
175S
A
5.7S
C
47
B
5
A
10
B
150S
A
5.7S
C
32
B
5
A
10
B
150S
A
5.7S
C
47
B
5
A
7
B
150S
A
5.7S
C
32
B
5
A
7
B
142Sh
A
5.7S
C
24
D
5
A
2
A
142Sh
A
5.7S
C
10
D
5
A
2
A
Para convertir de lb/103 gal a kg/103 L, multiplique por 0.120. CCF = Código de clasificación de la fuente
S indica que el porciento en peso de azufre en el combustible. Por ejemplo si el combustible tiene 1 % de azufre S = 1.
S indica que el porciento en peso de azufre en el combustible. Por ejemplo si el combustible tiene 1 % de azufre S = 1.
Expresado como NO2.
En general, dado un factor de emisión FE, la emisión se
calcula mediante la siguiente relación.
E = A X FE X (1 – ERE / 100)
en donde:
E = Emisión
A = Tasa de actividad
FE = Factor de emisión
ERE = Eficiencia de reducción de la emisión, %
Ejemplo
Una central termoeléctrica de 1000 MW de capacidad de
generación, quema combustóleo con un poder calorífico de
150,000 BTU/gal y con un contenido de azufre del 1.4%.
Asumiendo que la eficiencia térmica de la planta es de 34% y que
no se está utilizando equipo de control para limitar la emanación
de dióxido de azufre.
a) Determine la emisión de este contaminante empleando un
factor de emisión
b) Compare el resultado obtenido en a) con el que se alcanzaría
suponiendo que todo el azufre contenido en el combustible se
oxida a SO2.
Factores de emisión para la combustión de combustóleo en calderas con
capacidad superior a los 100 millones de BTU/h.
SO2b
Configuración de los quemadores (CCF)a
FE
Lb / 103
gal
Alimentación normal con aceite No 6. (1-01004-01),
(1-02-004-01),(1-03-004-01)
Alimentación normal con aceite No 6.
Quemador de bajo NOx (1-01-004-01),
(1-02-004-01)
Alimentación tangencial con aceite No 6. (101-004-04)
Alimentación tangencial con aceite No 6.
Quemador de bajo NOx (1-01-004-04)
Alimentación normal con aceite No 5. (1-01004-05),
(1-02-004-04)
Alimentación tangencial con aceite No 5. (101-004-04)
Alimentación normal con aceite No 4. (1-01004-04),
(1-02-004-04)
Alimentación tangencial con aceite No 4. (101-005-05)
Alimentación con aceite
No 2. (1-01-005-01),
(1-02-005-01),(1-03-005-01)
Alimentación con aceite
No 2. LNB/FGR.
(1-01-005-01),
(1-02-005-01),(1-03-005-01)
a
b
c
d
SO3c
Calif.
FE
Lb / 103 gal
NOxd
Calif.
FE
Lb / 103 gal
Partículas
filtrablesf
Coe
Calif.
FE
Lb / 103 gal
Calif.
FE
Lb / 103
gal
Calif
.
175S
A
5.7S
C
47
B
5
A
9.19(S)+3.22 A
175S
A
5.7S
C
40
B
5
A
9.19(S)+3.22 A
175S
A
5.7S
C
32
B
5
A
9.19(S)+3.22 A
175S
A
5.7S
C
26
E
5
A
9.19(S)+3.22 A
175S
A
5.7S
C
47
B
5
A
10
B
150S
A
5.7S
C
32
B
5
A
10
B
150S
A
5.7S
C
47
B
5
A
7
B
150S
A
5.7S
C
32
B
5
A
7
B
142Sh
A
5.7S
C
24
D
5
A
2
A
142Sh
A
5.7S
C
10
D
5
A
2
A
Para convertir de lb/103 gal a kg/103 L, multiplique por 0.120. CCF = Código de clasificación de la fuente
S indica que el porciento en peso de azufre en el combustiblle. Por ejemplo si el combustible tiene 1 % de azufre S = 1.
S indica que el porciento en peso de azufre en el combustiblle. Por ejemplo si el combustible tiene 1 % de azufre S = 1.
Expresado como NO2.
Contaminación fotoquímica
Luz solar
Óxidos de nitrógeno ( NO y NO2 = NOx )
Hidrocarburos reactivos
OZONO ( O3 )
Generación de smog fotoquímico
en la atmósfera urbana
UV
En la primera etapa se forma ozono (O3) a través de lo
que se denomina el ciclo fotolítico que involucra a los
óxidos de nitrógeno NOx. El ozono es un oxidante
potente que caracteriza de manera sobresaliente a
esta forma de contaminación. El ciclo fotolítico se
constituye por las siguientes reacciones:
NO2 + Radiación ultravioleta
NO + O
O + O2 + M
O3 + M
O3 + NO
NO2 + O2
Óxidos de nitrógeno
Luz solar
Ozono
Ciclo fotolítico
Oxígeno atómico
Agua
Dióxido de nitrógeno
Regeneración
de radicales
Radicales
hidroxilos
Hidrocarburos reactivos
Evolución de la contaminación
fotoquímica en un día típico
Valores guía y objetivos intermedios de la OMS
Contaminante
MP2.5
MP2.5
MP10
MP10
O3
NO2
NO2
SO2
SO2
CO
CO
Guía* OMS
µg/m3
10
25
20
50
100
40
200
20
500
10
30
Periodo
1 año
24 h
1 año
24 h
8h
1 año
1h
24 h
10 min
8h
1 h
* Concentraciones expresadas 25 o C y 1 atmósfera de presión
Objetivos intermedios
µg/m3
35
75
70
150
160
125
-
Dióxido de Azufre (SO2 )
Es un gas incoloro y no inflamable. Poco estable en la atmósfera.
Principales fuentes de emisión

Combustión de sustancias que contengan azufre.

Calefacciones y quemadores industriales que emplean carbón y gasóleo.

Vehículos Diesel.
Efectos

Irritación en la vista.

Aumento de las enfermedades respiratorias (Asma).

Corrosión en la mayoría de los metales, especialmente hierro y zinc.

Decoloración de hojas en los vegetales.
Al combinarse con el oxígeno del aire, una gran parte se oxida a SO3 reaccionando con
el vapor de agua de la atmósfera para formar ácido sulfúrico (H2SO4), extremadamente
corrosivo y por su mayor peso específico se precipita en forma de llovizna: Lluvia Acida.
Monóxido de Carbono (CO)
•
Gas inodoro, incoloro e insípido. Combina con el oxígeno de la atmósfera
formando dióxido de carbono (CO2). Se produce en los procesos de combustión
en los que hay combustión incompleta, es el contaminante más abundante.
•
Principales fuentes de emisión
– Vehículos a motor.
– Industrias.
– Refinerías de petróleo.
– Fábricas de acero.
•
Efectos
– Muy tóxico para las personas puesto que puede causar muerte por asfixia.
– Efectos directos sobre sistemas circulatorio y respiratorio.
– Dolores de cabeza, perturbaciones psíquicas y de memoria, disminución de
reflejos.
Al reaccionar con la hemoglobina de la sangre (Hb), forma carboxihemoglobina
(COHb), reduciendo la capacidad de la sangre para transportar oxígeno. Los
fumadores tienen niveles de 2 a 4 veces más de (COHb) que los no fumadores
•
Óxidos de Nitrógeno (NOx)
•
Los NOx, provienen de procesos de combustión a altas temperaturas. Al
descargarse en una atmósfera saturada de vapor de agua puede dar lugar a la
formación de ácido nítrico (HNO3), y por acción de la lluvia o nieve, cae sobre la
superficie en forma de Lluvia Acida. Participan en la generación contaminación
fotoquímica
•
•
•
•
•
Principales fuentes de emisión
Vehículos a motor.
Procesos de combustión en las industrias del acero y petroquímicas.
Centrales termoeléctricas.
Incineradoras.
•
•
•
•
•
Efectos y características:
Irritación de ojos, nariz y bronquios.
En grandes cantidades puede causar edema y muerte.
Lesiones y daños a las plantas, retraso en su crecimiento.
Se les atribuyen poderes cancerígenos.
Hidrocarburos (HC)
•
Son compuestos que contienen carbono e hidrógeno. Tales como el metano,
acetileno, benceno, tolueno, entre otros. Participan en la generación
contaminación fotoquímica
•
•
•
•
Principales fuentes de emisión:
Vehículos a motor.
Transportes de hidrocarburos.
Industrias petroquímicas.
•
Efectos:
Al inhalarlos, producen efectos distintos dependiendo del tipo de hidrocarburo.
Los hidrocarburos aromáticos: benceno y tolueno, son los más irritantes,
pudiendo causar lesiones importantes en las membranas mucosas si sus
vapores son inhalados.
Los hidrocarburos no saturados son los más peligrosos por su facilidad de
reaccionar con la radiación solar originando el smog fotoquímico
•
•
Partículas suspendidas
•
Partículas: Su procedencia y composición es muy variada. Incluyen PST, PM10
y PM2.5
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Principales fuentes de emisión:
Proceso de combustión de fuel, gas-oil, alquitranes, etc.
Polvo del suelo.
Erupciones volcánicas.
Incendios.
Incineraciones no depuradas de basuras, etc.
Efectos:
Irritación de ojos y del sistema respiratorio.
Penetran por las vías respiratorias y se fijan en los alvéolos pulmonares.
Pueden provocar asma y tumores bronquiales.
Provocan ennegrecimiento de edificios y bienes de uso.
Potencian el efecto de otros contaminantes gaseosos
Oxidantes fotoquímicos
•
Conjunto de compuestos que se forman en la atmósfera a traves de
reacciones fotoquímicas que involucran a los óxidos de nitrógeno NOx y los
hidrocarburos reactivos HC. Su principal exponente es el ozono, O3
•
•
•
•
•
•
•
Principales fuentes de emisión:
Por ser contaminantes secundarios no existen fuentes directas
Efectos:
En el corto término: Irritación de ojos y del sistema respiratorio.
En el largo término: disminución de la capacidad pulmonar
Pueden provocar reacción inflamatoria en el pulmón.
Potencian el efecto de otros contaminantes gaseosos
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PRINCIPALES CONTAMINANTES DEL AIRE